JP2008107348A - ガラス容器を検査するための機械 - Google Patents

Abstract

【課題】検査ステーションで回転しているガラス容器を検査するための機械を提供する。
【解決手段】カメラが、ガラス容器の問題の領域を撮影する。光源を多数回ストロボ状に発光することによってその領域の連続的な照光が行われ、その領域がカメラによって全期間に亘って撮影される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス容器を欠陥について検査する機械に関し、更に詳細には、透明なガラス容器の亀裂を検査するシステムに関する。

ガラス容器産業では、ガラスの小さな亀裂やひび割れのことを「割れ欠陥（ｃｈｅｃｋ ｄｅｆｅｃｔｓ）」と呼ぶ。かかる割れには、１ｍｍの数十分の一程度のものから数百ｍｍに及ぶものまであり、垂直方向から水平方向まで任意の方向に走る。ガラスはそれ自体が結晶質の構造ではなく、多くの亀裂は、だいたい、その位置でのガラスの形状によりほとんど決まる空間内の、何らかの配向の一つの平面に沿って延びる。例えば、口の上面で垂直方向の亀裂として始まった亀裂は、主に垂直方向平面内で広がる。割れは、どのような向きにでも形成され、容器のどのような部分にも形成され、ガラス内全体に存在する場合もあるし、一方の表面又は両方の表面にまで達している場合もある。割れは、位相物体(ｐｈａｓｅ ｏｂｊｅｃｔ)と考えられ、固体（ｓｏｌｉｄ ｏｂｊｅｃｔ）が光を吸収するように光を吸収しない。割れは、これらの割れの向き合った表面の離間距離が少なくとも光の半波長である場合には、事実上、それ自体が反射性を持つ。しかしながら、その離間距離が小さく光を反射する割れが非常に少数であり、従って、これらの割れは直接反射法では検出できないが、これらの割れが容器の一方の表面又は両方の表面に達している場合には散乱点があり、光を散乱してセンサに戻す。

これらの亀裂欠陥の多くは、ボトルを劇的に脆弱化し、多くの場合、ボトルを破裂させたり漏れを生じさせたりする。従って、ボトルの製造では、壜詰め工場に届く前にこれらの容器を取り除きたいのである。容器の口の近くに生じる割れは、口部割れ（ｆｉｎｉｓｈ ｃｈｅｃｋｓ）と呼ばれる。ガラスボトル産業では、「容器の口部（ｃｏｎｔａｉｎｅｒ ｆｉｎｉｓｈ）」との用語は、ボトルの、口、ねじ又はビード、及びリングを形成する部分にあたる語である。口の上面は、シール面と呼ばれる。

商業的に入手可能なほぼ全ての割れ検出器は、反射光の原理に基づいて作動する。従来の割れ検出器は、連続的に作動する一連の光のスポットライト光源と、関連した光検出器とを含み、これらは、検査ステーションで回転しているボトルの既知の割れが、一つの光源からの光を一つの光検出器に反射するように位置決めされている。光検出器の出力を信号処理することにより、周囲光、ボトルの側壁からの反射、等により生じる低周波数の信号の変化を排除しながら、鋭いピークを得る。

商業的に入手可能な割れ検出器は、多くのガラス製ボトル製造ラインで良好に配備されたけれども、この方法には、解決すべき幾つかの問題点がある。これらの問題点には、多くの反射角度を可能にするために多くのポイントセンサが必要とされること、幾つかのセンサ角度では配置するのが困難であるということ、多くの製造欠陥が明らかになるに従って、追加のセンサ及び光源を追加する必要があること、容器の種類に応じて、時間のかかるセットアップを行う必要があること、及び、一つの検査ラインから別の検査ラインまで同じセットアップ構成を再現するのが困難であるということ、が含まれる。

米国特許第４，７０１，６１２号、米国特許第４，９４５，２２８号、米国特許第４，９５８，２２３号、米国特許第５，０２０，９０８号、米国特許第５，２００，８０１号、米国特許第５，８９５，９１１号、米国特許第６，１０４，４８２号、米国特許第６，２１１，９５２号、及び米国特許第６，２７５，２８７号が、容器の口部にある欠陥を検出する装置に関連している。
米国特許第４，７０１，６１２号 米国特許第４，９４５，２２８号 米国特許第４，９５８，２２３号 米国特許第５，０２０，９０８号 米国特許第５，２００，８０１号 米国特許第５，８９５，９１１号 米国特許第６，１０４，４８２号 米国特許第６，２１１，９５２号 米国特許第６，２７５，２８７号

本発明の目的は、ボトルの垂直方向、水平方向、及び任意の他の角度の亀裂を検出できる、使用者に優しく且つ調節が容易な、ガラス容器を検査するための装置を提供することである。本発明の別の目的は、周知の種類の割れ及び新たな種類の割れを、特定のセットアップの必要なく検出できる検出器を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明によれば、ガラス容器を検査ステーションで欠陥について検査するための機械が提供される。この機械は、ガラス容器を前記検査ステーションで回転させるための手段と、回転しているガラス容器の選択された部分を照光するための光源であって、選択された「オン」時間及びこれに続く選択された「オフ」時間を有する、光源と、前記光源を連続的に「オン」及び「オフ」にするための手段と、を備え、前記光源が連続的に複数回「オン」及び「オフ」にされている間に、前記ボトルを所定の回転角度に亘って回転させ、前記検査するための機械は、更に、ガラス容器の照光された前記選択された部分を撮影するためのトリガー可能な撮影部分を含むカメラであって、前記カメラの露光時間は、少なくとも、回転しているガラス容器を前記所定の回転角度に亘って回転させるのに必要な時間と等しい、カメラと、前記ボトルが前記所定の回転角度のうちの少なくとも一つの開始時にあるときおよび終了時にあるとき、前記カメラが前記容器の前記選択された部分を、前記ガラス容器が所定の回転角度に亘って回転するときに撮影するように、前記カメラの前記撮影部分をトリガーするための手段と、前記所定の回転角度の少なくとも一つの終了時に前記トリガー手段がトリガーされたときに、前記画像を捉えて移送するための手段と、
を備える。

本発明のこの他の目的及び利点は、本発明の原理を組み込んだ現在の好ましい実施例を特許法の定めるところに従って例示する添付図面から明らかになるであろう。

本発明は、現在の好ましい実施例を特許法の定めに従って例示する以下の添付図面から明らかになるであろう。

ガラス容器（ボトル）を検査するための機械において、容器１０は、コンベア１２に沿って、図１に示す検査ステーションに搬送される。コンベアは、線型ベルト型の又はタレット型の供給システムである。容器１０は、上下の後側のアイドラーローラ対１４及び前方の駆動ホイール１６と係合し、該駆動ホイール１６の時計廻りの方向への回転により容器が反時計廻りの方向に回転する。検査を行っているときに容器が３６０°以上回転できるように、検査機械のところにおいて十分な時間のコンベア休止時間がある。容器存在センサ１８は、検査ステーションでの容器の存在を感知する（このセンサを上流に設け、容器が検査ステーションに実際に存在することを、上流部分に設けられたセンサによって容器を感知した後に、エンコーダの計数により確認してもよい）。光源（第１光源２０（図１及び図２参照）及び第２光源２１が、容器の口部分を照光し、カメラ２２がこの口部分を撮影する。

図２は、光源およびカメラの作動を示している。コンピュータ２４は第１光源２０及び第２光源２１にオン／オフ信号を送り、カメラトリガー信号をカメラ２２に送る。カメラは、カメラの露光期間中に容器の口部分の画像を受け取るための要素（ピクセル）のマトリックスアレイを有する。カメラは、ＣＣＤ、ＭＯＳ、又は同様のカメラであってもよく、次のトリガー信号まで画像を記憶する。トリガー信号を受け取ると、現在の画像が取得され、「捕捉（Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）」としてコンピュータ２４に転送され、コンピュータによりこれが記録され、演算処理される。コンピュータは、欠陥が確認された場合には、不合格信号を発する。

図３及び図４からわかるように、容器の正の「Ｚ」平面内にある各光源についての光軸は水平であり、容器の軸線「Ａ」と交差する。二つの光軸は互いに直交しており、また、カメラ検出器軸線を含む垂直平面に対して４５°をなす。負の「Ｚ」平面内に配置されたカメラ２２の検出器軸線は、水平方向から約４５°である。この関係により、カメラは暗視野を見ており、割れから来る光だけを見る。光源及びカメラは、構造体２８によって支持されている。この構造体２８は、様々な高さの容器、様々な直径の容器についてシステムの再位置決めを可能とするため、鉛直方向及び水平方向に変位することができる。

検査を開始するため、機械は、ボトルを検査ステーションに移送する（ステップ３０）。ボトルを駆動ホイール１６により回転させ、安定させるのに十分な時間の後、コンピュータ２４は、カメラをトリガーする（ステップ３２）。これによって画像の捕捉が開始される。以下、明瞭化を図る目的で角度に関して説明するが、デジタル制御式カメラでは、指示は、時間ベースで行われるものであって、実際の角度を規定するものではなく、そのため、約θ°（好ましい本実施例では６０°の角度である）で何かを起こすとき、その角度とほぼ対応するおおよその時間（パルス数）を選択でき、例えばほぼ７．５°毎に事象（ｅｖｅｎｔｓ）が起きるのが望まれる場合には、パルスを８で除してもよい。ステップ３４で、「ボトルをθ°回転させたか？」という問い（θ°、即ちその回転角度とほぼ対応する選択されたパルス数を設定できる）に対して肯定の答がなされたとき、コンピュータは、その「捕捉」を移送し、記録する（ステップ３６）。カメラがトリガーされた後、カメラは、再びトリガーされるまで（θ°に亘って回転した後）、データを取得する。コンピュータが、「Ｙ捕捉？」という問いに対して否定的に答えた場合には、コンピュータは、再びカメラをトリガーする（ステップ３２）。コンピュータが、「Ｙ捕捉？」という問い（ステップ３８）に肯定的に答える（「Ｙ」が設定された場合であり、好ましい本実施例では６である）場合には、コンピュータは、Ｙ捕捉から分析されるべき画像を形成する（ステップ４０）。形成された画像（重要な追加）は、好ましい本実施例におけるように「Ｙ」が６である場合には、口部の全（約）３６０°の表面を示し、各画像が８回照光された６個の捕捉の重大な追加となる。

重大な追加（ｃｒｉｔｉｃａｌ ａｄｄｉｔｉｏｎ）は、欠陥が存在することを示すデータを最大にするように行われる。重大な追加は、各ピクセル位置を表すことができ、６個の捕捉全ての対応するピクセルの最大強さが重大な追加を形成する。次いで、コンピュータが、ステップ４４において「次のボトル？」という問いに肯定的に答えたとき、次のボトルのプロセスを行うことができる。

容器のモールドの特徴によって発生する信号から、割れによって発生する信号を高めるのに画像処理技術を使用できる。先ず最初に、検査機構を通って走行する欠陥のない一組のサンプル容器（欠陥のない容器を「グッドウェア（ｇｏｏｄ ｗａｒｅ）」と呼び、検査中に除去する必要がある欠陥がある容器を「バッドウェア（ｂａｄ ｗａｒｅ）」と呼ぶ）を使用し、基準即ち「マスク画像」を形成できる。様々な僅かな構造上の変化および振動及び回転による小さな信号の変化を含む、様々なモールドで形成されたグッドウェアが発生する全ての信号を組み込むため、多数の画像が捕捉され、処理されてマスク画像を形成する。これらの画像は、グッドウェアの型きず（ｍｏｌｄ ｍａｒｋ）、ねじ、シーム、及び曲面による光の反射のほぼ全てのあり得る変化を含む。グッドウェアの全ての画像を組み合わせることによって、マスク画像が形成される。マスク画像が形成され、グッドウェアで形成された基準マスクと比較される。画像とマスクとの間の相違は、割れ欠陥が発生した信号を示す。

図６は、光源の動作を示している。コンピュータが、「画像の捕捉を開始するか？」という問い（ステップ５２）に肯定的に答えた場合には、コンピュータは、角度「α」にわたって光源を「オン」にして点灯させる（ステップ５４）。（「α」は、設定することができる値で、所定のパルス数とすることができる）。コンピュータが、「ボトルがφ°回転したか？」（ステップ５６）という問いに肯定的に答え（φは設定することができる）、且つ「容器がθ°回転したか」（ステップ５８）という問いに否定的に答えた場合には、光源が再び「オン」にされる。ステップ５８の問いに肯定的に答え（捕捉毎にθ／φパルス）、ステップ６０で「「Ｙ」画像が捕捉されたか？」という問いに否定的に答えた場合には、全表面が撮影されておらず、「Ｙ」画像が捕捉されるまで（捕捉毎Ｙパルス）、プロセス全体が繰り返される。次いで、コンピュータが、「次の容器が感知されたか？」という問い（ステップ６２）に肯定的に答えた場合には、次のボトルについて全プロセスを繰り返すことができる。カメラがトリガーされた全時間に亘り、光源がオン状態になければならない（αをθと等しく設定できる）。

ノイズを減少するため、αは、好ましい本実施例では、表面が角度φ°の小さい部分（２５％）に亘って照光されるように決定される。光源がαの小さな画分だけで「オン」である場合、容器の不合格の原因となる割れを見つけて撮影する。この画分は、所望の結果を得るため、経験に基づいて変化させることができる。容器の口部分の領域における割れに関して撮影プロセスを開示したが、胴部またはヒール部の割れ、及び他の欠陥を識別するために使用することもできる。

図７は、θ°（好ましい本実施例では６０°）に亘り、φ°（好ましい本実施例では７．５°）毎にα度だけオンにされた光源を含む捕捉についてのタイミングダイヤグラムである。α／φ°の比が小さければ小さい程、所望の信号と干渉するノイズが小さくなる。

光源７０（図８及び図９参照）は鏡像であり、円弧状のセグメントである。図示のように、平らなパネル７１に取り付けられた光源は、光軸に対して垂直であり、破線で示されている容器１０の口部に面している。セグメントは、ＬＥＤ７２でできた内側および外側の（又は３つ又は４つ…の）列を有し、光軸を形成する中央ＬＥＤ７４が光軸と平行に置かれており、残りのＬＥＤは、光軸から離れるに従って、光軸に向かって徐々に傾斜させてある。光軸の好ましい位置は、シール面７４のところに光軸を設けることであるが、シール面から口部の最下部までに配置されていてもよい。好ましい本実施例がとろうとする理想的な幾何学的形状は、円錐形の照光の幾何学的形状であり、円錐形の上及び下部が暗いため、カメラが光の直接反射を撮影しない。口部を円環体（トーラス）として見ると、この円錐形の幾何学的形状により、最大の光を口部に直接反射で投射できる。口部の異常（割れ）だけが、カメラに対して直接反射光を発生する。

本装置には、エリアセンサがボトルの一つの領域を撮影するので、その領域のほぼ全ての割れを検出できるという利点がある。これにより、検査は割れの位置と特定の配向から独立しており、及びかくして、セットアップを変更せずに「新たな」亀裂を検出できる。エリアアレイセンサ及び光源の位置決めは、本質的にボトルの幾何学的形状に依存しない。調節をほとんど又は全く行うことなく、多くの容器についてセットアップを行うのが容易になる。

本発明の教示に従って形成した、ガラス容器を割れ及び他の欠陥について検査するための機械の検査ステーションの概略斜視図である。 図１に示す、対の光源及びカメラの作動を示すブロックダイヤグラムである。 一対の光源及びカメラの光軸を示す、検査ステーションにおける容器の概略平面図である。 図３に示す光源及びカメラの光軸を示す概略正面図である。 検査機械のカメラシステムの作動を示す論理ダイヤグラムである。 検査機械の照明システムの作動を示す論理ダイヤグラムである。 光源の作動を示すタイミングダイヤグラムである。 一方の光源の側面図である。 一方の光源のＬＥＤを口部に向かって差し向ける方法を示す、正面図である。

符号の説明

１０ 容器
１２ コンベア
１４ アイドラーローラ対
１６ 駆動ホイール
１８ 容器存在センサ
２０ 第１光源
２１ 第２光源
２２ カメラ
２４ コンピュータ

Claims (7)

1. ガラス容器を検査ステーションで欠陥について検査するための機械において、
   ガラス容器を前記検査ステーションで回転させるための手段と、
   回転しているガラス容器の選択された部分を照光するための光源であって、選択されたオン時間及びこれに続く選択されたオフ時間を有する、光源と、
   前記光源を連続的にオン及びオフにするための手段と、を備え、
   前記光源が連続的に複数回オン及びオフにされている間に、前記ボトルを所定の回転角度に亘って回転させ、
   前記検査するための機械は、更に、ガラス容器の照光された前記選択された部分を撮影するためのトリガー可能な撮影部分を含むカメラであって、前記カメラの露光時間は、少なくとも、回転しているガラス容器を前記所定の回転角度に亘って回転させるのに必要な時間と等しい、カメラと、
   前記ボトルが前記所定の回転角度のうちの少なくとも一つの開始時にあるときおよび終了時にあるとき、前記カメラが前記容器の前記選択された部分を、前記ガラス容器が所定の回転角度に亘って回転するときに撮影するように、前記カメラの前記撮影部分をトリガーするための手段と、
   前記所定の回転角度の少なくとも一つの終了時に前記トリガー手段がトリガーされたときに、前記画像を捉えて移送するための手段と、
   を備える、ガラス容器を検査ステーションで検査するための機械。
2. 請求項１に記載のガラス容器を検査ステーションで検査するための機械において、
   前記トリガー手段は、複数回トリガーされる、ガラス容器を検査ステーションで検査するための機械。
3. 請求項１に記載のガラス容器を検査ステーションで検査するための機械において、更に、
   所定の角度内で、欠陥を検査するために、複数の記録された画像のうちの一つの重要な追加を決定するための手段を有する、ガラス容器を検査ステーションで検査するための機械。
4. 請求項１に記載のガラス容器を検査ステーションで検査するための機械において、
   前記選択された部分は、ガラス容器の口部分である、ガラス容器を検査ステーションで検査するための機械。
5. 請求項２に記載のガラス容器を検査ステーションで検査するための機械において、
   前記欠陥は割れである、ガラス容器を検査ステーションで検査するための機械。
6. 請求項１に記載のガラス容器を検査ステーションで検査するための機械において、
   前記所定の回転角度によって規定された角度は、３６０°の一部である、ガラス容器を検査ステーションで検査するための機械。
7. 請求項１に記載のガラス容器を検査ステーションで検査するための機械において、
   前記光源は、直交する関連した一対のＬＥＤパネルを含む、ガラス容器を検査ステーションで検査するための機械。

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